SERENDIP 大跃进之5

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SERENDIP Takes a Great Leap Forward
SERENDIP 大跃进之5


来自 The Planetary Report,2009 年 5 月 26 日

作者:Amir Alexander

<资料来源:The Planetary Society>


阿雷西博的天线系统
阿雷西博的格利高里圆顶,装置着为 SERENDIP 收集数据的 ALFA multi-beam 接收器。来自:阿雷西博天文台


正当 SETI@home庆祝10 周年之际,其同胞项目 SERENDIP 也准备大改造。2009 年 6 月 Dan Werthimer 将带领一组 8 个学生到波多黎各的阿雷西博天文台,更换闲置了两年已经老化的 SERENDIP IV 系统,升级到 SERENDIP V,该项目将恢复运作并继续搜索天空中的外星文明信号。


如果说 SETI@home 现在算是有体面的到 10 岁了,SERENDIP 项目的则可以追溯到更早,最初的 SERENDIP 建于 1979 年在伯克利分校,收集来源于加利福尼亚州的红帽溪天文台射电望远镜的数据。自那起项目硬件已升级多次:1992 年 SREENDIP 第三代安装在世界上最大最灵敏的阿雷西博望远镜上了。5 年后,在行星协会的帮助下,这套系统升级到了 SERENDIP IV,服役于之后的 8 年。现在 SERENDIP V 将接管过来并继续始于 30 年前的搜索。


这么多年来 SERENDIP 的硬件升级,每次新的继任都比前身的能力有质的飞跃。例如 SERENDIP I,它可以同时观察 100 个频道,这在 1979 年是很令人振奋的,而到了 1986 年它的继任者已经可以同时观察 65,000 个频道,SERENDIP IV 的能力已经升级到了同时观察 1.68 亿个频道!这种指数性的增长在尖端科学领域是从未听到过的,但 SETI@home 并非寻常,因为它一直在寻找最尖端的技术用于扫描天空。


当 Dan Werthimer 和 David Anderson 在1999年启动 SETI@home 的时候,SERENDIP 已经运作了 20 年了。它在阿雷西博有自己专属的无线电数据,专门用于搜寻地位文明。这套装置非常适合 SETI@home,并且充分利用了已经到位的 SERENDIP 基础设施。随之的几年来,这两个项目用它们各自不同的方式从太空中共享并分析着相同的无线电数据。最后在 2005 年他们分道扬镳了,SETI@home 改为使用了新的 multi-beam ALFA 接收器,而 SERENDIP 则继续使用原有的无线电源。


SETI@home 和 SERENDIP 同属于 SETI 项目,是由加州伯克利大学分校同一个团队运营而且有着许多相同的历史。然而概念上它们有着很大的不同并互为补充。简而言之,SETI@home 处理相对敏感的窄带频率信号,而 SERENDIP 则进行较为粗糙的更广域的频带。


用 Werthimer 的话来说,每个 SETI 搜索都试图从这 4 个方面上进行优化:天空的覆盖范围,频谱范围,灵敏度和信号类型。对于其中的 3 个方面,SETI@home 做得非常出色,ALFA multi-beam 接收器从阿雷西博对整个可见天空定期的进行全面的测量并汲取数据。同时感谢于全球范围的个人电脑,他们提供了无与伦比的计算能力,使 SETI@home 可以尝试最灵敏的检索,并且能够广阔的范围扫描不同的信号类型。但是,最后 1 个方面:频谱范围,这是 SETI@home 的薄弱环节,所有如此精确分析的数据都是来自 2.5MHz 到 1420 MHz 的全氢线范围。如果地外文明所传输的信号在此范围之外,那么我们将永远不会听到他们的声音。


SERENDIP V
这套 SERENDIP V SETI 光谱仪将于 2009 年 6 月安装到阿雷西博天文台。一旦全面运作将提升 SERENDIP 搜索的频谱覆盖系数至6。来自:Dan Werthimer/U.C.伯克利


从这些方面来看,SERENDIP 正好与 SETI@home 相反。在 SETI@home 项目最初的几年,因为都使用阿雷西博相同的接收器,所以他们的天空覆盖范围是相近的,而在 6 月份新设备安装好后,他们将再次如此。但是 SERENDIP 并不具备 SETI@home 网络的巨大计算资源,因此不能希望会达到同样水平的灵敏度和信号类型的范围。那 SERENDIP 提供了什么优良的频谱范围:SERENDIP IV 能即时覆盖氢元素范围 100MHz 的波段,而 SERENDIP V 将提升至 300MHz。这是 SETI@home 所覆盖的波段的 120 倍。


要做到这一点,SERENDIP 的运作非常不同于其同胞项目。它并不像 SETI@home 那样记录所有接收的数据在未来进行分析。如果这么做,在宽频带上每秒都将需要记录数以亿计的数据点,这实在是需要太多的数据存储和系统分析。相反的,SERENDIP 实时的从射电望远镜扫描信号,当信号失衡的时候从接收器中纠正。SERENDIP 允许绝大部分未录入的数据通过,并且永远抛弃。但是,当信号强度在某一特定频率的背景噪音中足够清晰的凸显出来时,系统将记录并保存这些数据供将来分析。这取决于该系统的灵敏度阀值,如果经常出现这种情况,Wethimer 和他的团队会提高阀值。在实践中,大约每秒会记录 100 个可能会令人振奋的信号,但于同一时间会有数以百万计的数据被抛弃。


然而,这仅仅是最初的检测过程。磁带会记录这些信号并递交给伯克利分校的 SERENDIP 团队,同时一个副本会发送给纽约伊萨卡的康奈尔大学团队。每个团队都会对这些在背景噪音中脱颖而出的信号使用复杂的算法进行分析。这些算法会考虑到每个信号的强度,来自于天空中的地点是否伴有一颗恒星,或者是否直接是已知的行星。最后他们希望看到一个信号在同一个方向中是否曾被接收过,因为持续的信号比起昙花一现的信号更有希望。任何一个这些特征或者它们的组合都可能显示出一个无害的信号是来自于一个文明。


如同项目的所有上一代,SERENDIP V 代表着比前任有着一个巨大的进步。首先,新系统进一步提升了项目一直以来最大的优势 - 频谱覆盖。在第一阶段,SERENDIP V 将涵盖氢元素波段 200MHz 的频率范围 - 这是于旧系统双倍的带宽。而实际中这是提高了 4 倍。因为新的系统将同时搜寻两个偏振信号,而旧系统只能搜寻一个。在未来的某个时间,频谱范围将增至 300MHz 于两个偏振信号,这将是 6 倍能力的提升。

阿雷西博 Multi-Beam 接收器
接收器安装在距阿雷西博碟盘500尺高的格利高里圆顶上。来自:康翠斯全美保险总监协会 - 阿雷西博天文台,美国国家科学基金会设施。


提高了带宽将使 SERENDIP V 有足够能力聆听阿雷西博接收器所接收的数据的整个频谱。右边的是 ALFA multi-beam 接收器,这是 SETI@home 自2006年以来所使用的同样的一个。ALFA 是具有优良灵敏度和广域频段的现代接收器,但它也有这样的独特功能:ALFA 的7个束点可以同时对7目标同时进行聆听,这不同于普通的接收器一次只能在一个天空目标进行数据收集。这个独特的功能可以让 ALFA 比传统的接收器更快更有效的对天空进行扫描,并成为 SERENDIP 和 SETI@home 对天空检测的理想手段。


SERENDIP 和 SETI@home 是同胞项目,代表着在搜寻地外文明信号中采用不同但互为补充的方法。如许多 SETI 研究人员认为,如果一个远离地球的文明是在氢元素频线上进行着广播,那么其信号极有可能被 SETI@home 汲取出来。因为没有其他办法可以达到 SETI@home 的敏感度,这能力来源于全球的计算机网络。但是,如果地外文明由于自身的原因,在其他的频率上进行广播,那么他们更可能被聆听于整个宽域带宽的 SERENDIP 听到。


在 SETI 中哪种做法才是正确呢?毫无疑问他们都是!因为我们没办法知道这些难以触摸的信号会以什么形式出现,SETI 的科学家们认为我们应该涵盖尽可能多的情况。至于哪个系统更可能发现真正的地外文明信号?那只有时间能告诉我们答案。


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